西安光機所在《物理學進展報告》發表傅里葉疊層顯微綜述論文

  2020818日,西安光機所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室姚保利研究員團隊在國際物理學著名綜述期刊《Reports on Progress in Physics》(2019 IF: 17.03)上在線刊發題為“High-resolution and large field-of-view Fourier ptychographic microscopy and its applications in biomedicine”的綜述論文。這是我所首次以第一單位在該期刊發表論文,也是該團隊今年以來在該期刊發表的第二篇論文,標志著我所在傅里葉疊層顯微術(Fourier ptychographic microscopy, FPM)領域的工作和成果得到了國際同行的關注和認可。 

  FPM作為一種新的定量相位成像和計算成像技術,2013年由美國加州理工學院Changhuei YangGuoan Zheng等人提出。它可以解決傳統顯微成像中分辨率與視場相互制約的問題。它通過用LED陣列替代傳統科勒式照明,依次點亮不同的LED改變照射樣品的光線角度,獲得一系列不同照明角度的明場和暗場圖像,然后根據傅里葉變換平移定理,將樣品的頻譜在頻域中進行平移、拼接和擴展,最后再通過傅里葉逆變換重構出樣品的高分辨大視場圖像。與傳統的使用高NA物鏡掃描拼接獲得高分辨率大視場不同,FPM使用低NA物鏡,通過在頻域中迭代拼接低分辨率圖像,從而獲得高分辨率、大視場、定量相位圖像。它同時兼具相位恢復和合成孔徑的思想,無需機械掃描能獲得十億像素級圖像。其分辨率極限公式為λ/(NAillu+NAobj),其中NAilluNAobj分別代表照明和成像物鏡的NA。因為照明NA可以遠比成像物鏡NA大,從而分辨率可以有效提升。

  本次發表論文第一作者為潘安博士,文章從高通量成像、快速成像、三維成像、混合態解耦合、生物應用等五個方面全面詳細地介紹了FPM技術,揭示了FPM與結構光照明顯微術的內在聯系,提出了若干見解和觀點。潘安2014年開始進行FPM等相關技術理論和實驗研究,提出了一系列穩定高效實現高精度FPM成像的方法,包括解決LED照明強度不均勻問題、提出抑制噪聲的數據預處理方法、提出誤差矯正算法(SC-FPM)、研究了漸暈效應的成因和影響并提出了解決方法:在高分辨FPM成像方面,提出了基于半球形數字聚光鏡實現亞波長分辨率的FPM成像方法,實現了基于4×/0.1NA物鏡合成至1.05NA,使用465nm光波實現分辨率達到244 nm,視場14.6 mm2,景深0.3 mm,空間帶寬積2.45億像素;在快速定量相位成像方面,提出單次曝光的FPM成像方法,實現兩倍分辨率增強的動態實時成像,時間分辨率只與相機的幀率有關;在應用方面,參與了基于并行FPM96通道高通量生物細胞培養成像篩選系統的研發。他目前已發表同行評議論文14篇,參與國內外會議并作報告10次,榮獲2020年中國科學院院長特別獎、2020年朱李月華優秀博士生獎、2019OSA鮑里斯·斯托伊切夫紀念獎學金、第69屆德國林島諾貝爾獎獲得者大會最佳海報獎第一名、2019年和2018年國家獎學金、2019年盧嘉錫優秀研究生獎學金、2019年中國科學院大學首屆唐立新獎學金、2017SPIE光學與光子學教育獎學金等獎項。(瞬態室  供稿) 

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